一种发动机叶片固有频率测试系统的制作方法

本申请涉及测试系统技术领域，尤其涉及一种发动机叶片固有频率测试系统。

背景技术：

航空发动机叶片在制造完成后，在组装之前需要进行固有频率测试，保证安装到发动机上的多个叶片不会发生共振。目前，对航空发动机叶片固有频率的测试普遍采用扫频的方法，即对发动机叶片给定一振源，通过不断调整振源的振动频率直至发生共振，此时的振源频率即为航空发动机叶片的固有频率。

针对上述中的相关技术，发明人认为通过扫频方法测试发动机叶片固有频率存在测试效率低的缺陷。

技术实现要素：

为了改善相关技术中通过扫频方法测试发动机叶片固有频率存在的测试效率低的问题，本申请提供一种发动机叶片固有频率测试系统。

本申请提供的发动机叶片固有频率测试系统采用如下的技术方案：

一种发动机叶片固有频率测试系统，包括：

承载机台；

夹紧装置，设置于承载机台上，用于对被测叶片夹紧固定；

敲击装置，设置于承载机台上并与夹紧装置相邻设置，用于对被测叶片进行敲击产生振动；

控制装置，与敲击装置相连，用于控制敲击装置对被测叶片进行敲击；

声音检测装置，靠近被测叶片设置，用于检测被测叶片的振动声音信号；

数据采集装置，与声音检测装置相连，用于根据声音检测装置检测到的振动声音信号进行数据采集；

信号处理装置，与数据采集装置相连，用于对数据采集装置采集的数据进行处理得到被测叶片的固有频率。

通过采用上述技术方案，对被测叶片进行敲击使其振动后，对振动声音信号进行数据采集并处理可得到被测叶片的固有频率。

进一步的，所述夹紧装置包括底座、滑台和滑块，所述滑台设置于底座上，所述滑台一端上表面固定设置有凸台，所述滑块能够沿着滑台上表面滑动，所述凸台与所述滑块之间形成能够容纳被测叶片安装端的空间；

所述凸台朝向滑块的一侧端面设置有第一夹块，所述滑块朝向凸台的一侧端面设置有第二夹块，在第一夹块和第二夹块之间设置有底夹块，第一夹块、第二夹块和底夹块可将被测叶片的安装端夹紧。

通过采用上述技术方案，可以对被测叶片进行夹紧并保证被测叶片的安装端不被损伤。

进一步的，所述底座的两侧分别设置有第一定位槽和第二定位槽，所述第一定位槽和第二定位槽沿着底座的厚度方向贯穿设置；

所述承载机台上设置有与第一定位槽位置对应的第一定位孔以及与第二定位槽位置对应的第二定位孔和第三定位孔，将第一定位槽与第一定位孔对应并将第二定位槽与第二定位孔或第三定位孔对应可调整夹紧装置相对于敲击装置的角度。

通过采用上述技术方案，可以调整夹紧装置相对于敲击装置的角度，保证敲击效果。

进一步的，所述敲击装置包括底板、承载板和顶板，所述底板和顶板之间设置有呈三角排布的第一导柱、第二导柱和第三导柱；

所述承载板位于所述底板和顶板之间，所述承载板套设于第一导柱、第二导柱和第三导柱上并能够在垂直方向上滑动；

所述承载板上设置有朝向夹紧装置的敲击组件，所述敲击组件包括驱动机构和锤头机构，所述驱动机构能够驱动锤头机构作直线运动对固定于夹紧装置上的被测叶片进行敲击；

所述承载板朝向夹紧装置的侧面设置有夹持组件，所述夹持组件用于对声音检测装置进行固定。

通过采用上述技术方案，可以实现对被测叶片的敲击，并能够对声音检测装置进行固定。

进一步的，所述底板上表面靠近夹紧装置一侧设置有第一安装孔，以第一安装孔为圆心的圆弧上均匀设置有若干个第二安装孔；

承载机台上设置有与第一安装孔位置对应的第四定位孔以及与第二安装孔位置对应的第五定位孔，通过将第一安装孔与第四定位孔对应并将第二安装孔与第五定位孔对应可调整敲击装置相对于夹紧装置的角度。

通过采用上述技术方案，可以调整敲击装置相对于夹紧装置的角度，保证敲击效果。

进一步的，所述驱动机构包括推拉电磁铁，所述推拉电磁铁具有朝向夹紧装置伸出的推拉杆；

所述锤头机构包括联轴器、定位杆、锁紧帽和敲击杆，所述联轴器的一端与推拉电磁铁的推拉杆连接，另一端与定位杆连接；

所述定位杆具有中空腔体，所述定位杆远离联轴器的一端外表面为圆锥面，所述定位杆远离联轴器的一端在圆周方向上均匀设置有若干条沿着定位杆长度方向延伸的第二切分槽，所述第二切分槽将定位杆远离联轴器的一端平均分为若干个部分，所述敲击杆可插入定位杆的中空腔体内；

所述锁紧帽具有能够使敲击杆穿过的第一通孔，所述锁紧帽可安装于所述定位杆远离联轴器的一端对插入定位杆内的敲击杆进行锁紧。

通过采用上述技术方案，可以针对不同高度的被测叶片选择相应长度的敲击杆，敲击杆的更换操作更加便利。

进一步的，所述承载板与第一导柱、第二导柱和第三导柱的配合处设置有直线轴承，所述承载板通过直线轴承相对于第一导柱、第二导柱和第三导柱滑动；

所述承载板与第一导柱配合处的直线轴承为带有夹紧把手的直线轴承，用于将第一导柱夹紧对承载板在竖直方向上的位置进行限定。

通过采用上述技术方案，承载板的在垂直方向上的活动更顺畅并且能够使承载板在垂直方向上的某一位置固定。

进一步的，所述第一导柱的下端套设有垫块；

所述底板和承载板之间设置有高度柱，所述高度柱的两端分别与底板和承载板抵接；

所述第一导柱上设置有刻度线。

通过采用上述技术方案，垫块能够对自由下落状态下的支撑板进行支撑，刻度线和高度柱的设置便于根据不同叶片高度调整承载板的高度。

进一步的，所述夹持组件包括设置于承载板朝向夹紧装置的侧面的第一支撑杆，所述第一支撑杆与承载板朝向夹紧装置的侧面垂直；

所述第一支撑杆上套设有固定夹，所述固定夹的一端设置有调节旋钮，通过旋转调节旋钮可调节固定夹对第一支撑杆的夹紧程度；

所述固定夹的另一端设置有第二支撑杆，第二支撑杆与第一支撑杆平行设置，第二支撑杆远离承载板的一端设置有用于安装声音检测装置的固定座。

通过采用上述技术方案，能够对声音检测装置进行固定并调整声音检测装置与被测叶片的距离。

进一步的，所述声音检测装置为声压传感器；

所述信号处理装置包括工控机，所述工控机内设置有基于labview搭建的信号处理模块和分散度计算模块，信号处理模块用于对数据采集装置采集的数据进行处理得到被测叶片的固有频率，分散度计算模块用于计算多个相同被测叶片的固有频率分散度。

通过采用上述技术方案，能够检测被测叶片的振动声音信号并得到被测叶片的固有频率和分散度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.对被测叶片进行敲击并依据振动声音信号得到被测叶片的固有频率，提高了被测叶片固有频率测试的效率；

2.敲击装置和夹紧装置在承载机台上的角度可调，保证了敲击效果，能够激励出高频信号，使固有频率测试的准确性强。

附图说明

图1是发动机叶片固有频率测试系统的功能模块示意图；

图2是夹紧装置的结构示意图；

图3是承载机台上各定位孔的布置示意图；

图4是敲击装置一个视角的结构示意图；

图5是敲击装置另一视角的结构示意图；

图6是敲击组件的结构示意图；

图7是锤头机构的爆炸结构示意图；

图8是敲击装置又一视角的结构示意图。

附图标记说明：1、机台；2、夹紧装置；3、敲击装置；4、控制装置；5、声音检测装置；6、数据采集装置；7、信号处理装置；8、被测叶片；11、第一定位孔；12、第二定位孔；13、第三定位孔；14、第四定位孔；15、第五定位孔；21、底座；211、第一定位槽；22、滑台；23、滑块；24、凸台；25、丝杠；26、第一夹块；27、第二夹块；28、底夹块；29、限位块；31、底板；311、第一安装孔；312、第二安装孔；313、垫块；314、高度柱；32、承载板；33、顶板；34、第一导柱；341、刻度线；35、第二导柱；36、第三导柱；37、直线轴承；371、带有夹紧把手的直线轴承；38、敲击组件；381、驱动机构；3811、推拉电磁铁；3812、固定板；382、锤头机构；3821、联轴器；38211、第一切分槽；38212、第三切分槽；38213、第一螺纹紧固孔；3822、定位杆；38221、第二切分槽；3823、锁紧帽；3824、敲击杆；39、夹持组件；391、第一支撑杆；392、固定夹；393、调节旋钮；394、第二支撑杆；395、固定座；3951、第四切分槽；3952、第二螺纹紧固孔。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

参照图1，本申请实施例公开一种发动机叶片固有频率测试系统，包括承载机台1、夹紧装置2、敲击装置3、控制装置4、声音检测装置5、数据采集装置6和信号处理装置7。其中，夹紧装置2设置于承载机台1上，用于对被测叶片8夹紧固定；敲击装置3设置于承载机台1上并与夹紧装置2相邻设置，用于对被测叶片8进行敲击产生振动；控制装置4用于控制敲击装置3对被测叶片8进行敲击；声音检测装置5用于检测被测叶片8的振动声音信号；数据采集装置6与声音检测装置5相连，用于根据声音检测装置5检测到的振动声音信号进行数据采集；信号处理装置7，与数据采集装置6相连，用于对数据采集装置6采集的数据进行处理得到被测叶片8的固有频率。

参照图2，夹紧装置2包括底座21、滑台22和滑块23。滑台22设置于底座21上，滑台22的上表面设置有凸台24，凸台24与滑台22一体成型。滑块23能够在滑台22上表面沿着滑台22的长度方向滑动，凸台24与滑块23之间形成能够容纳被测叶片8安装端的空间。

在滑台22内部设置有丝杠25，丝杠25的两端与滑台22的两端转动连接，丝杠25远离凸台24一端的端部从滑台22穿出用于与扳手配合。具体的，丝杠25两端可套设有轴承，轴承安装于滑台22的两端，使得丝杠25能够在两个轴承的支撑下旋转。

在滑块23底部固定设置有传动块（图中未示出），传动块为与滑块23底部固定连接的方块状结构，传动块设置有贯穿的并与丝杠25配合的螺纹孔。当丝杠25旋转时，滑块23可沿着滑台22上表面作靠近或远离凸台24的直线运动。

为了保证被测叶片8的夹紧效果并避免夹紧过程对被测叶片8的安装端造成损伤，在凸台24朝向滑块23的一侧端面设置有第一夹块26，在滑块23朝向凸台24的一侧端面设置有第二夹块27，在第一夹块26和第二夹块27之间设置有底夹块28，第一夹块26、第二夹块27和底夹块28之间形成的空间能够与被测叶片8的安装端的外形匹配。第一夹块26可通过销钉或螺栓与凸台24的对应表面连接，第二夹块27可通过销钉或螺栓与滑块23的对应表面连接。为了便于底夹块28的定位，底夹块28与第一夹块26可通过销钉连接。当需要对不同的被测叶片8进行夹紧时，只需更换相应的第一夹块26、第二夹块27和底夹块28即可。

在第一夹块26和第二夹块27的两端分别设置有限位块29，限位块29通过螺栓与第一夹块26和第二夹块27紧固连接。通过设置限位块29，使得第一夹块26和第二夹块27在轴向的位置进一步稳固。

参照图2，在底座21的两侧分别设置有第一定位槽211和第二定位槽（图中未示出），第一定位槽211和第二定位槽对称设置。第一定位槽211和第二定位槽沿着底座21的厚度方向贯穿设置，底座21可通过第一定位槽211和第二定位槽调整在承载机台1上相对于敲击装置3的角度。

参照图3，承载机台1上可以设置有第一定位孔11、第二定位孔12和第三定位孔13，当第一定位槽211与第一定位孔11位置对应、第二定位槽与第二定位孔12位置对应时，夹紧装置2的长度方向与承载机台1的长度方向平行；当第一定位槽211与第一定位孔11位置对应，第二定位槽与第三定位孔13位置对应时，夹紧装置2的长度方向与承载机台1的长度方向成45°角。

在将夹紧装置2在承载机台1上的位置设置完成后，可通过第一紧固元件将第一定位槽211与第一定位孔11紧固，将第二定位槽与第二定位孔12或第三定位孔13紧固，以防止在敲击被测叶片8的过程中夹紧装置2发生偏移。第一紧固元件可以是螺栓，也可以采用销杆。

承载机台1上用于调整夹紧装置2角度的定位孔的数量和角度并仅限于前述的第一定位孔11、第二定位孔12和第三定位孔13，本领域技术人员也可以根据需要进行设定。

通过设置第一定位槽211和第二定位槽，可以调整夹紧装置2在承载机台1上的角度，使得被测叶片8与敲击装置3处于最适宜的角度，保证敲击效果。

被测叶片8在夹紧装置2上的夹紧力可通过扭力扳手进行调节，多个相同叶片的夹紧力应相同，以保证多个叶片固有频率测试条件的一致性。

参照图4，敲击装置3包括底板31、承载板32和顶板33，底板31和顶板33之间设置有呈三角排布的第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36，第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36均与顶板33和底板31垂直设置，承载板32位于底板31和顶板33之间，承载板32套设于第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36上并能够沿着第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36在垂直方向上滑动。第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36的顶端可通过螺钉与顶板33连接，第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36的底端可通过螺钉与底板31连接，由此，敲击装置3形成稳定的支撑结构。

承载板32与第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36的配合处设置有直线轴承37。直线轴承37具有法兰，便于与承载板32连接。承载板32通过直线轴承37相对于第一导柱34、第二导柱35和第三导柱36滑动，由此，可使得承载板32的滑动更顺畅。为了使承载板32能够在竖直方向上的指定位置固定，承载板32与第一导柱34配合处的直线轴承37为带有夹紧把手的直线轴承371，当承载板32处于指定位置时，通过夹紧把手将第一导柱34夹紧即可对承载板32的位置进行限定。

参照图5，在第一导柱34下端还可以套设有垫块313，垫块313位于底板31和承载板32之间，垫块313可以为尼龙材质。通过设置垫块313，当带有夹紧把手的直线轴承371处于未夹紧状态时，承载板32可自由下落并由垫块313进行支撑，避免承载板32上的相应部件与承载机台1接触造成损坏。

参照图4，为了便于调节承载板32所在位置的高度，在第一导柱34表面设置有刻度线341，使得承载板32高度的调节可视化。

参照图5，为了提高对不同高度的被测叶片8进行敲击时承载板32高度调节的效率，还可以在承载板32和底板31之间设置高度柱314，高度柱314的两端分别与底板31和承载板32抵接。在底板31上表面可以设置有与高度柱314配合的安装槽。当需要对不同高度的被测叶片8进行敲击时，只需安装对应高度的高度柱314即可调整承载板32与底板31之间的距离，提高了调整效率。

参照图4，在敲击装置3的底板31上表面靠近夹紧装置2一侧设置有第一安装孔311，以第一安装孔311为圆心的圆弧上均匀设置有若干个第二安装孔312。本领域技术人员可以根据需要设定相邻的第二安装孔312之间的角度，此处不作具体限定。

参照图3，承载机台1上设置有与第一安装孔311位置对应的第四定位孔14以及与第二安装孔312位置对应的第五定位孔15。结合参照图4，当夹紧装置2的底板31上的第一安装孔311与承载机台1上的第四定位孔14对应好位置后，可通过调整不同的第二安装孔312与第五定位孔15对应，以达到调整敲击装置3相对于夹紧装置2的角度的目的。当敲击装置3的位置调整完毕后，可采用螺栓分别将第一安装孔311与第四定位孔14、第二安装孔312与第五定位孔15紧固。

参照图4和图6，承载板32上设置有朝向夹紧装置2的敲击组件38。敲击组件38包括驱动机构381和锤头机构382，驱动机构381能够驱动锤头机构382作直线运动对固定于夹紧装置2上的被测叶片8进行敲击。

参照图6，驱动机构381包括推拉电磁铁3811，承载板32上表面靠近夹紧装置2的边缘设置有固定板3812，推拉电磁铁3811通过固定板3812设置于承载板32上。推拉电磁铁3811与固定板3812可以通过螺栓紧固连接，固定板3812与承载板32可以通过螺栓紧固连接。推拉电磁铁3811具有朝向夹紧装置2伸出的推拉杆（图中未示出），当推拉电磁铁3811通电时，推拉杆可向夹紧装置2方向伸出并迅速收回。

参照图7，锤头机构382包括联轴器3821、定位杆3822、锁紧帽3823和敲击杆3824。联轴器3821为筒状结构，联轴器3821的一端与推拉电磁铁3811的推拉杆连接，另一端与定位杆3822连接。联轴器3821靠近推拉电磁铁3811的推拉杆的一端沿着联轴器3821的轴向方向设置有第一切分槽38211，第一切分槽38211的深度与联轴器3821侧壁厚度相同，在第一切分槽38211朝向定位杆3822方向的末端设置有与第一切分槽38211垂直的第三切分槽38212，在第一切分槽38211两侧设置有第一螺纹紧固孔38213，当推拉杆插入联轴器3821内时，采用螺钉贯穿第一螺纹紧固孔38213使联轴器3821将推拉杆夹紧。

定位杆3822具有中空腔体，敲击杆3824可插入定位杆3822的中空腔体内。定位杆3822靠近联轴器3821的一端可插入联轴器3821内并与联轴器3821紧固连接。定位杆3822可与联轴器3821进行螺纹连接或卡接。定位杆3822远离联轴器3821的一端外表面为圆锥面，定位杆3822远离联轴器3821的一端在圆周方向上均匀设置有若干条沿着定位杆3822长度方向延伸的第二切分槽38221，第二切分槽38221的深度与定位杆3822的侧壁厚度相等，第二切分槽38221将定位杆3822远离联轴器3821的一端平均分为若干个部分。

锁紧帽3823顶端具有能够使敲击杆3824穿过的第一通孔，锁紧帽3823可安装于定位杆3822远离联轴器3821的一端对插入定位杆3822内的敲击杆3824进行锁紧。具体的，锁紧帽3823与定位杆3822远离联轴器3821的一端通过螺纹配合连接，当敲击杆3824插入连接杆的中空腔体内后，将锁紧帽3823盖合于定位杆3822并旋紧，由于第二切分槽38221的存在，使得定位杆3822的口部缩小从而对敲击杆3824进行夹紧。

由于被测叶片8的尺寸大小不同，因此可根据被测叶片8尺寸选择长度适合的敲击杆3824，以保证敲击杆3824能够与被测叶片8充分接触进行敲击。并且，为保证能够敲击出高频信号，敲击杆3824的材料优选为硬质金属材料，例如钢。

参照图4和图8，承载板32朝向夹紧装置2的侧面设置有夹持组件39，夹持组件39用于对声音检测装置5进行固定。

参照图8，夹持组件39包括设置于承载板32朝向夹紧装置2的侧面的第一支撑杆391，第一支撑杆391与承载板32朝向夹紧装置2的侧面垂直。在第一支撑杆391上套设有固定夹392，固定夹392的一端设置有调节旋钮393，通过旋转调节旋钮393可调节固定夹392对第一支撑杆391的夹紧程度。在固定夹392的另一端设置有第二支撑杆394，第二支撑杆394与第一支撑杆391平行设置。固定夹392的另一端上设置有与第二支撑杆394配合的第二通孔，第二支撑杆394可插接于该第二通孔内。当调节旋钮393旋松时，可调节固定夹392在第一支撑杆391上的位置，从而调整夹持组件39的伸出长度。

第二支撑杆394远离承载板32的一端设置有用于安装声音检测装置5的固定座395。固定座395上设置有允许声音检测装置5穿过的第三通孔，固定座395上还设置有第四切分槽3951，第四切分槽3951与第三通孔的轴线共面，在第四切分槽3951两侧设置有与第四切分槽3951垂直的第二螺纹紧固孔3952。当声音检测装置5插入该第三通孔后，通过螺钉将第四切分槽3951两侧的第二螺纹紧固孔3952紧固可对声音检测装置5夹紧。固定座395可以与第二支撑杆394的端部通过螺栓紧固连接。

参照图1，控制装置4可以包括控制器，控制器与敲击装置3所包括的推拉电磁铁3811相连，通过控制器可控制推拉电磁铁3811动作，从而使推拉电磁铁3811带动敲击装置3的敲击杆3824对被测叶片8进行敲击。

参照图1，声音检测装置5可以是声压传感器或麦克风，声压传感器由敲击装置3上的夹持组件39固定，声压传感器的头部靠近被测叶片8表面设置，当被测叶片8被敲击产生振动时，声音检测装置5对声音信号进行检测并传输至数据采集装置6。

参照图1，数据采集装置6可以是数据采集卡，数据采集卡对声音检测装置5检测的信号进行动态数据采集。数据采集卡可以是相关技术中已有的数据采集卡，此处不作具体限定。

参照图1，信号处理装置7与数据采集装置6相连，用于对数据采集装置6采集的数据进行处理得到被测叶片8的固有频率。信号处理装置7可以包括工控机，工控机内设置有基于labview搭建的信号处理模块，信号处理模块对数据采集装置6采集的数据依次进行数据截取、滤波、快速傅里叶变换和固有频率提取，从而得到被测叶片8的固有频率。

工控机内还可以设置有分散度计算模块，分散度计算模块能够对同一组相同的被测叶片8计算固有频率分散度，当该组被测叶片8的固有频率分散度超过限定范围时，操作人员可对该组被测叶片8中的最大固有频率叶片或最小固有频率叶片进行替换。固有频率分散度越小越好，当一组叶片的固有频率分散度处于合理范围内时，发动机叶片在旋转过程中能够快速通过共振的转速范围，保证发动机稳定运行。

本申请公开的发动机叶片固有频率测试系统的工作原理为：

首先，将被测叶片8在夹紧装置2上夹紧，调整夹紧装置2和敲击装置3的角度。然后，根据被测叶片8的尺寸选择相适应的敲击杆3824并组装到敲击装置3上，随后在敲击装置3的底板31和承载板32之间设置相应的高度柱314对承载板32进行支撑，并且将带有夹紧把手的直线轴承371与第一导柱34锁紧，此时，承载板32在垂直方向上位置固定。

利用控制器控制推拉电磁铁3811驱动锤头机构382的敲击杆3824对被测叶片8进行敲击。被测叶片8在敲击作用下产生振动，声音检测装置5对振动声音信号进行检测，数据采集装置6进行数据采集并将数据传输至信号处理装置7。

信号处理装置7的信号处理模块对采集的数据进行处理得到被测叶片8的固有频率信息。分散度计算模块根据测得的多个被测叶片8的固有频率计算分散度。

本申请公开的发动机叶片固有频率测试系统，根据被测叶片8的振动声音信号测试其固有频率，提高了测试效率。敲击装置3和夹紧装置2在承载机台1上的角度可调，保证了敲击杆3824对被测叶片8表面的敲击力度，能够激励出高频信号，保证固有频率测试的准确性。若敲击杆3824与被测叶片8的表面的夹角过小，则导致敲击力在垂直于被测叶片8方向上的分力过小，无法激励出高频信号。

以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。